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循环冷却水基础知识

发布时间:2022-05-17 01:01:17 来源:TVT平台 作者:TVT体育官网

  一.循环水工作原理 因循环水生产的工艺特点决定,水在循环使用的过程中,会

  出现水温升高、水体平衡破坏以及结垢、腐蚀、微生物危害等问 题。因此循环水处理需解决两方面的问题:

  a.要使已升高的水温降低,以保持较好的冷却效果-----称之 为循环水冷却。

  b.要防止因水体平衡破坏和系统特点导致的结垢物沉淀、水 质腐蚀及微生物繁殖的危害,以保持整个循环水系统正常运行, 针对这方面进行的水质处理称为循环水处理。 二.循环水冷却原理:

  本装置采用的是敞开式循环冷却水系统,水的冷却主要 在冷却塔内完成。循环水经过换热设备升温后返回至冷却塔 与空气直接接触,在蒸发散热、接触散热和辐射散热三个过 程的共同作用下得到冷却。

  空气的接触面积和延长接触时间,使部分水蒸发,水汽从水 中带走汽化所需的热量,从而使水冷却。

  二者温差越大,传热效果越好。 (3)辐射传热 辐射传热不需要传热介质的作用,而是由一种电磁波的

  形式来传播热能的现象。辐射传热只是在大面积的冷却池内 才起作用。在冷却塔的传热中,辐射散热可以忽略不计。

  这三种散热过程在水冷却中所起的作用,随空气的物理 性质不同而异。春、夏、秋三季内,室外气温较高,因此以 蒸发散热为主,最炎热的夏季的蒸发散热量可达总热量的 90%以上。冬季空气温度较低,接触散热的作用增大,从夏 季的 10%~20%增加到 40%~50%,严寒的天气甚至可增加 到 70%左右。

  冷却塔一般由通风筒、配水系统、淋水装置、通风设备、 收水器和集水池组成,其中淋水装置也称填料,是冷却设备 中的一个关键部分,其作用是将需要冷却的热水多次溅散成 水滴或形成水膜,以增加水和空气的热交换。冷却塔中水的 冷却过程主要是在淋水装置中进行的。

  三.循环水处理基本概念 循环水处理是用物理的或化学的方法使循环水即不产生

  结垢,也不发生腐蚀,同时去除循环水中悬浮杂质,杀灭循 环水中微生物的过程。

  针对水垢形成的原因,在循环水处理工艺中,一方面通过 排污或补加低硬度水降低成垢离子的浓度,使其保持在允许 的浓度范围内以避免结垢。另一方面,通过投加阻垢剂,破 坏结垢离子的结晶长大而达到阻垢的目的。

  层致密的保护膜以阻止电化学反应发生的方法来控制腐蚀, 系统开工初期都要投加高浓度的缓蚀剂进行预膜,正常运行 后按要求连续投加进行补膜。

  (3)悬浮物、浊度、微生物的控制 循环水中悬浮物、浊度等可通过旁滤处理进行去除,同时

  利用阻垢剂来提高极限碳酸盐硬度,限制循环水中的 CaCO3 的析出。微生物可通过投加杀菌剂来得到控制,一般要求是 氧化性和非氧化性的杀菌剂混合使用。 四.循环冷却水的任务

  循环水装置的主要任务是供全厂系统生产冷却用水。将自来 水公司提供的新鲜水补充入循环水池后,用循环水泵加压送合 成,尿素等系统做为冷却水,为搞好安全生产,降低系统腐蚀, 结垢在最低程度,使用换热器的换热效果达到最佳状态,必须控 制循环水质在工艺指标范围内。

  要低的原因。 一般来说,循环冷却水在 30℃左右时,溶解氧 8~9mg/L,

  往往不会超过临界点值,所以溶解氧常是加速腐蚀的主要因素。 在热交换器中,当水不能充满整个热交换器时在水线附近特别容 易发生水线腐蚀,这是因为在热交换器中,水温升高,溶解氧逸 到上部空间,在水线附近产生氧的浓差电池,导致加速这种局部 腐蚀。

  2、水中溶解盐类的浓度对腐蚀的影响: 水中溶解盐类的浓度对腐蚀的影响,综合起来有以下三个方 面: (1)水中溶解盐类的浓度很高时,将使水的导电性增大, 容易发生电化学作用,增大腐蚀电流使腐蚀增加。 (2)影响 Fe(OH)2 的胶体状沉淀物的稳定度,使保护膜 质量变差,增大腐蚀。 (3)可使氧的溶解度下降,阴极过程减弱,腐蚀速度变小。 上面综合作用的结果,一般来说是使腐蚀增加。 关于水中不同离子与腐蚀的关系,一般有以下原则性认识: (1)水中 Cl-、SO42-等离子的含量高时,会增加水的腐蚀 性。Cl-不仅对不锈钢容易造成应力腐蚀,而且还容易破坏金属上 的氧化膜,因此,Cl-也是使碳刚产生点蚀的主要原因。 (2)水中的 PO43-、CrO42-、WO42-等离子能钝化钢铁或生 成难溶沉淀物覆盖金属表面,起到抑制腐蚀的作用。

  (3)Ca2、Zn2、Fe2等离子由于能与阴极产物 OH-生成 难溶的沉淀沉积于金属表面,起到防腐蚀作用。而 Ca2、Fe2 等具有氧化性的阳离子,由于能促进阴极去极化作用,因而是有 害的。

  3、水的温度对腐蚀的影响: 象大多数化学反应一样,腐蚀的速率随水温的升高而成比例 地增加。一般情况下,水温每升高 10℃,钢铁的腐蚀速率约增 加 30%。这是由于当温度升高时:(1)氧扩散系数增大,使得 溶解氧更容易达到阴极表面而发生去极化作用;(2)溶液电导增 加,腐蚀电流增大;(3)水的粘度减小,有利于阳极和阴极反应 的去极化作用。所有这些将使腐蚀速度加大。但是另一方面,水 温度的提高可使水中溶解氧浓度减小。因此,以上多方面的因素 对实际装置表现也不一样。 在开放系统中,起先随温度的上升腐蚀率变大,到 80℃时, 腐蚀率最大。以后即随温度的升高而急剧下降,这是因为温度升 高所引起的反应速率的增大不如溶解氧浓度减小所引起的反应 速率的下降来得大。冷却水中如含有侵蚀性离子 Cl-时,则随温 度增加对奥氏体不锈钢的腐蚀性急剧增大,应力腐蚀开裂的可能 性大大增加。 4、水的 PH 值对腐蚀的影响: 在自然界,正常温度下,水的 PH 值一般在 4.3~10.0 之间, 碳刚在这样的水溶液中,它的表面常常形成 Fe(OH)2 覆盖膜。

  此时碳钢腐蚀速度主要决定于氧的扩散速度而几乎与 PH 值无 关,在 PH 值为 4~10 之间,腐蚀率几乎是不变的。PH 在 10 以 上时,铁表面被钝化,腐蚀速度继续下降。当 PH 低于 4.0 时, 铁表面保护膜被溶解,水中 H离子浓度因而发生析氢反应腐蚀 速度将急剧增加。

  实际上,由于水中钙硬的存在,碳钢表面常有一层 CaCO3 保护膜,当 PH 值偏酸性时,则碳刚表面不易形成有保护性的致 密的 CaCO3 垢层,故 PH 值低时,其腐蚀率要比 PH 值偏碱性 时高些。

  5、水流速度对腐蚀的影响 碳钢在冷却水中被腐蚀的主要原因是氧的去极化作用,而决 定腐蚀速度的又与氧的扩散速度有关。流速的增加使金属壁和介 质接触面的层流层变薄而有利于溶解氧扩散到金属表面。同时流 速较大时,可冲去沉积在金属表面的腐蚀、结垢等生成物,使溶 解氧更易向金属表面扩散,导致腐蚀加速,所以碳刚的腐蚀速度 是随水流速度的升高而加大。随着流速进一步的升高,腐蚀速度 会降低,这是因流速过大,向金属表面提供氧量已达到足使金属 表面形成氧化膜,起到缓蚀的作用。如果水流速度继续增加,则 会破坏氧化膜,使腐蚀速度再次增大。当流速很高时(大于 20m/s),腐蚀类型将转变为以破坏为主的冲蚀。 一般来说,水流速度在 0.6~1m/s 时,腐蚀速度最小。当然 水流速度的选择不能只从腐蚀角度出发,还要考虑到传热的要

  求,流速过低会使传热效率降低和出现沉积,故水走管程的换热 器的冷却水流速不宜小于 0.9m/s。水走壳程时,流速无法达到 上述要求,故宜尽量避免采用壳程换热器。如工艺必须采用壳程 时,流速不应小于 0.3m/s。当条件限制不能达到上述流速时, 应采取防腐涂层、反向冲洗等措施。 八.防腐、添加缓蚀剂原理

  缓蚀剂又叫腐蚀抑制剂。凡是添加到腐蚀介质中能干扰腐蚀 电化学作用,阻止或降低金属腐蚀速度的一类物质都称为缓蚀 剂。其作用均是通过金属表面上形成保护膜来防腐蚀的。

  缓蚀剂种类很多,通常有以下三种方法: (1)、按药剂的化学组成分,可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀 剂两大类。 (2)、按药剂对电化学腐蚀过程的作用不同来分,可分阳极 缓蚀剂、阴极缓蚀剂以及阴阳极缓蚀剂三种。 (3)、按药剂在金属表面形成各种不同的膜来分,则可分氧 化膜型、沉淀膜型、和吸附膜型。

  九.结垢原理 1、冷却水系统中的水垢和污垢形成的原因 在循环水系统中,水垢是由过饱和的水溶性组分形成的。水

  上述系列反应中生成的 CaCO3 和 Ca3(PO4)2 等均属微溶性盐,

  表面上,形成了通常所称的水垢。由于这些水垢结晶致密,比较 坚硬,又称为硬垢。常见的水垢组成为:碳酸钙、硫酸钙、磷酸 钙、镁盐、硅酸盐。

  污垢是包括水垢在内的固形物的集合体。常见的污垢有:(1) 泥渣及粉尘;(2)沙粒;(3)腐蚀产物;(4)天然有机物;(5) 微生物群体;(6)一般碎屑;(7)氧化铝;(8)磷酸铝;(9) 磷酸铁。

  冷却水中的污垢来自几个方面: (1)来自补充水的污垢 冷却水系统补充水中难溶或微溶盐类易于生成碳酸钙、硫酸 钙、硅酸钙和硅酸镁水垢。此外,各种悬浮物、沙子、淤泥、粘 土、微生物、甚至油都可以带入系统。 (2)来自空气的污垢 随空气带入敞开式冷却水系统中的污泥、沙子、粘泥、粘土 和微生物系统中产生沉积物,空气中的氨和硫化氢的引入会导致 系统中铜及铜合金、碳刚设备的腐蚀,腐蚀产物的沉积又形成污 垢。 (3)来自系统本身的污垢

  由系统本身产生的污垢主要有:①系统中的腐蚀产物;②补 充水使用凝聚剂后引入的铝盐和铁盐;③使用水处理剂后可能产 生的锌盐和磷酸盐污垢;④介质的渗漏,特别是漏油或某些有机 物将导致污泥的积聚;⑤系统中微生物繁殖所形成的粘泥。

  2、防止结水垢的方法 一般采用以下几种办法: (1)根据所选用的处理方案和浓缩倍数的要求,控制成垢物 质进入冷却水中的量,把补充水软化到一定程度,控制水中钙离 子的含量; (2)在循环水中加酸或二氧化碳降低 PH 值,以控制碳酸根 离子; (3)使用阻垢剂破坏 CaCO3 等盐类的结晶增长过程,达到 控制水垢形成的目的。 3、阻垢剂及其阻垢机理、选择原则 凡能控制产生泥垢和水垢的药剂称之为阻垢剂。采用的阻垢 剂有合成聚合物(聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来酸及丙烯酸、 马来酸的共聚物);无机聚合物(三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等)、 膦酸盐(HEDP、ATMP、EDTMP)、磷酸酯(多元醇磷酸酯、

  单元醇磷酸酯等)、磷羧酸等。 阻垢剂的机理可以分为下列三种类型: (1)用阴离子型或非离子型的聚合物把胶体颗粒包围起来,

  使它们稳定在分散状态,这类药剂称为分散剂。 (2)把金属离子变成一种螯合离子或络合离子,这就抑制了

  它们和阴离子结合产生沉淀物,这类药剂称为螯合剂和络合剂。 (3)利用高分子混凝剂的凝聚架桥作用,把胶体颗粒结成矾

  花,悬浮在水中,当流经旁滤池或排污被除去。 选择阻垢剂应注意下列几点: (1)阻垢效果好,在水中含 Ca2、Mg2、SiO32-等量较大时

  仍有较好的阻垢效果; (2)化学稳定性好,在高浓缩倍数和高温情况下,以及与缓

  蚀剂、杀生剂并用时,阻垢效果也不明显下降; (3)与缓蚀剂、杀生剂并用时,不得影响缓蚀效果和杀菌灭

  藻效果; (4)无毒或低毒,容易被生物降解; (5)配制、投加、操作等简单方便; (6)原料易得,制造简单,价格低廉,易于运输和储备。

  气、土壤中到处都有它们的存在。微生物的种类有细菌、藻类、 线、 微生物的生长受下列因素的影响:

  (1)温度(对许多微生物来说,20~30℃最适宜);(2)光 照强度(对藻类发生特别重要);(3)PH 值或酸碱度;(4)溶 解氧与溶解硫化物的含量;(5)无机物(SiO2、NO2-N、NH4-N、 HCO3-、PO43-、Mn、Fe 等)的浓度;(6)有机物(COD 或 BOD) 的浓度;(7)循环水的浓缩倍数。 2、 微生物给冷却水系统带来的危害:

  微生物在冷却水系统中的大量繁殖,会使冷却水颜色变黑, 发生恶臭,污染环境,同时会形成大量粘泥使冷却效果降低,木 材变质腐烂。粘泥沉积在换热器内,使传热效率迅速降低和水头 损失增加,沉积在金属表面的粘泥会引起严重的垢下腐蚀,同时 它还隔绝了药剂对金属的作用,使药剂不能发挥应有的缓蚀阻垢 效能。所有这些问题导致冷却水系统不能长期安全运转,影响生 产,造成严重的经济损失。因此,微生物的危害与水垢、腐蚀对

  冷却水系统的危害是一样的严重,甚至可以说,三者比较起来控 制微生物的危害是首要的。 3、 藻类对循环冷却水系统的危害:

  (1)冷却塔中是藻类生长的理想环境,它们会在塔壁、水 槽中、配水池里繁殖,通过碳的同化作用,借助阳光,使水中的 CO2 和 HCO3-进行光合作用,并吸收碳作营养而放出氧。藻类的 大量繁殖,会使水中溶解氧增加,腐蚀性也就随着增大。

  (2)许多藻类在其细胞中产生具有恶臭的油类和环醇类, 藻类死亡后成为污泥会产生臭味并使水变色。

  (3)冷却塔的配水槽和喷嘴上也常因藻类繁殖,堵塞孔口, 影响配水的均匀性使塔的冷却效率下降。塔壁上大片藻类脱落也 可能造成系统堵塞。

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